诺贝尔物理奖颁给 “窥见单个活粒子的人”

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法国人谢尔盖·哈罗奇和美国人大卫·温兰因在粒子控制方面的研究获得了2012年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评审团认为，两位获奖者“独立发明和开发了测量和控制单个粒子的方法，同时保持了它们的量子力学特性。”

当陪审团9日在瑞典斯德哥尔摩宣布这一消息时，他们决定他们“打开了量子物理实验新时代的大门，表明他们可以直接观察量子粒子而不损坏它们。”

■分离单个量子溶液“纠缠”

阿罗奇1944年出生于摩洛哥，1971年获得法国巴黎皮埃尔-玛丽·居里大学博士学位。他目前是法国学院和巴黎高等师范学院的教授。

他的研究课题涉及一种叫做“量子纠缠”的现象。

所谓“纠缠”是指在基本粒子所处的微观层次上，一方面，单个粒子很难与周围环境分离；另一方面，一旦它与周围环境相互作用，它就失去了量子特性；另外，如果两个粒子相互作用，即使它们是分开的，这种相互作用也会继续存在。

长期以来，量子物理理论预言的许多神奇现象很难在实验室环境中直接观察和验证，只存在于研究者的“思维实验”中。

自20世纪80年代初以来，阿罗奇和他的同事应用量子光学原理，通过将原子送入“陷阱”并控制和测量“捕获”在陷阱中的光子，探索光和物质之间的基本相互作用。

■将离子送入“陷阱”

温兰和阿罗奇同年出生在美国。他于1970年从哈佛大学获得博士学位，现在在美国标准与技术研究所和科罗拉多大学工作。

在实验中，温兰建立了一个“离子阱”，在其中离子被充电，然后这些离子被光子控制和测量。根据诺贝尔奖评审团的说法，光子陷阱和离子陷阱都是“原始的”，在两位获奖者创造这些方法之前，其他研究人员认为这是“不可能的”。因此，他们的成就具有“基础意义”。

■量子计算机可能改变生活

诺贝尔奖官方网站在一份新闻公告中称，两位获奖者都在量子光学领域研究了光和物质之间的基本相互作用，这一领域自20世纪80年代中期以来取得了巨大进展。“他们突破性的实验方法使整个研究领域迈出了建立新型超快量子计算机的第一步。也许在本世纪，量子计算机将彻底改变我们的日常生活，就像经典计算机在上个世纪改变了我们的生活一样。这些研究还使我们能够通过让原子穿过光阱来建立一个极其精确的时钟，这可能成为未来新的时间标准的基础，它比我们目前的原子钟精确数百倍。”

中国科学院副院长、凝聚态物理理论和计算材料物理专家苏刚告诉记者，当今经典计算机的计算能力是有限的；未来的量子计算机将实现对前者的“前所未有的超越”。

另一方面，这项研究也有助于建立一个极其精确的时钟，它比目前的铯原子钟精确数百倍。这将对航空航天、全球定位系统导航、军事防御等领域产生深远的影响。苏刚说:“这种精密测量技术为未来‘时间’概念提出了新的标准。”

整理

偷偷溜进薛定谔的猫而不打开盒子

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔在1935年提出的悖论，也是量子力学的永恒象征。

在这个实验中，薛定谔想象了一个装有放射性原子核和有毒气体的封闭盒子，并在里面放了一只小猫。如果核衰变并释放出粒子，它将触发电子开关打碎毒瓶，小猫就会死去。原子核的衰变是一个随机事件。物理学家只知道它的半衰期，但不能知道它衰变的具体时间。

根据我们的日常生活经验，如果我们不打开盒子的盖子，我们可以假设小猫不是死了就是活着。然而，根据薛定谔方程的描述，只能说小猫处于死与活的叠加状态，也就是我们所说的半死不活。只有当盖子打开的时候，它的生死才能被“决定”。

“薛定谔的猫”的独创性在于通过因果链将量子力学的微观不确定性转化为宏观不确定性。放射性原子何时衰变完全是概率性的。只要没有观测，它就处于衰变/非衰变的叠加状态，只有当它被测量时，它才会随机选择一个状态出现。当盒子打开时，实验者只能看到“衰变核和死猫”或“未衰变核和活猫”。

多年来，物理学家一直在努力寻找如何在不打开盒子或破坏精细量子态的情况下观察薛定谔的猫。

获得诺贝尔物理学奖的科学成就实际上相当于偷窥薛定谔的猫，而不是决定它的生死。

分析

为什么“上帝粒子”在选举中失败了？

这次诺贝尔物理学奖的结果与科学界事先的预期大相径庭:希格斯玻色子(上帝粒子)的发现者，之前声音最大的人，没有获奖，这成为这次诺贝尔奖的一大惊喜。

中国科学院高能物理研究所研究员邢志忠说:“从技术角度来看，希格斯玻色子的实验结果还不确定。”我们需要做大量的工作来验证它，看看它是否符合最初的理论预期。”希格斯粒子的概念早在1964年就被提出了。尽管欧洲核中心在今年7月取得了最新进展，但其观测仍存在不确定性。用中国科学院副院长、物理学专家苏钢的话说，“上帝粒子”仍然是一种“可疑粒子”。

根据另一个介绍，希格斯粒子的失败有一些实际原因:诺贝尔奖的提名在每年2月之前就停止了，所以最早在7月份提出最新研究结果的希格斯粒子最早要到明年才能获得诺贝尔奖。然而，根据苏钢的说法，如果这种粒子的实验结果仍不能100%确定，明年的诺贝尔奖可能仍会花在其他领域，如原子和分子物理学以及凝聚态物理。